JPH0555465B2 - - Google Patents

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JPH0555465B2
JPH0555465B2 JP63022676A JP2267688A JPH0555465B2 JP H0555465 B2 JPH0555465 B2 JP H0555465B2 JP 63022676 A JP63022676 A JP 63022676A JP 2267688 A JP2267688 A JP 2267688A JP H0555465 B2 JPH0555465 B2 JP H0555465B2
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JP
Japan
Prior art keywords
microns
yttrium oxide
density
temperature
powder
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP63022676A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63201061A (en
Inventor
Haatonetsuto Tomu
Guriinbaagu Maikeru
Eru Jenteiruman Richaado
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Raytheon Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Raytheon Co filed Critical Raytheon Co
Publication of JPS63201061A publication Critical patent/JPS63201061A/en
Publication of JPH0555465B2 publication Critical patent/JPH0555465B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C04B35/505Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds based on yttrium oxide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/30Vessels; Containers
    • H01J61/302Vessels; Containers characterised by the material of the vessel

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、概して光学材料に関し、特に透光性
(optically transparent)酸化イツトリウム体を
形成する方法に関する。 (従来の技術) 周知のごとく、高度に耐久性があり、可視光線
および赤外線の両方の領域において実質的に透光
性を有する材料に対する需要が存在する。このよ
うな材料の応用には、金属蒸気ランプ、オプテイ
カル・ウインドウ(optical window)、ならび
に、航空機用光学的画像装置(optical imaging
system)のような軍用のシステムが含まれてい
る。赤外熱線追尾ミサイルにみられるような光学
的画像装置は、ミサイルの外面部に装着される窓
あるいはドームのごとき光学的要素(optical
element)を一つまたはそれ以上備えている。こ
れらの外部要素は、その撮像装置の他の光学系
を、ミサイルが飛行する外部環境から隔離するた
めに設けられている。したがつて、これらの外部
要素には、外部環境への曝露にたいして、特に大
きな耐性を有すること、該画像装置の動作中に他
の構成部品を保護するだけの十分な強度を有する
こと、および可視光線および/または赤外線領域
において、前述のごとく実質的に透過性(通過
性;transparency)を有することが必要である。 このような応用面には、何種類かの材料が有力
な候補に挙げられている。かかる材料は通常それ
ぞれ高い強度をもち、また特に約2ミクロンから
5ミクロンの波長範囲において、理論的に比較的
高度の赤外線透過性を示し得るものでもある。 約2ミクロンから5ミクロンの波長範囲におけ
る透光性に関する前述の光学的要件に加え、ある
種の応用面では該光学要素が5ミクロンを越える
波長を透過(通過;transparent)させ得ること
が望まれる。たとえば、きわめて高速で長時間飛
行するように作られたミサイルでは、その先端部
に取り付けたドームは高温になる。そのドームが
たとえば5ミクロンを越える長波長を伝導(通
過;transmit)させ得ない材料で作られている
と、有害な放射(emission)が生じ、ひいては
ドームで遮蔽された光学的画像装置のシステム・
ノイズを増すことになる。 そのような“高温の”ドームに関連する一つの
要件は、ドームの材料が、空力学的に表面が加熱
されることから生じる熱応力に耐えるものである
ということである。Y2O3ドームを作るためのい
くつかの技法には、Y2O3体を実質的に完全密度
まで焼結する方法が含まれる。そうした技法で
は、高密度を達成するために、Laのような焼結
助媒剤(sintering aid)を10重量%まで加えて
いる。このような焼結助媒剤の添加には一つの欠
点がある。Y2O3のような材料に該焼結助媒剤を
加えるとその熱伝導性は低下し、ひいてはドーム
の耐熱衝撃性が低下し、結局高温ドームは損傷し
やすくなる。 (問題点を解決するための手段) 本発明によれば、透明な酸化イツトリウム体を
形成する方法は、酸化イツトリウムからなる粉末
を用意し、その粉末を所定の寸法と形状に固結す
る(consolidate)という手順からなる。該固結
体は、高温で高密度化される。その温度について
は、該固結体を少なくとも気孔が閉鎖された状態
(closed porosity state)まで高密度化
(densify)するのに十分な時間だけ、1700から
1900℃の範囲にするのがよく、1800ないし1900℃
の範囲にするとさらによい。模範的には、該酸化
イツトリウム体におけるかかる気孔が閉鎖された
状態というのは、酸化イツトリウムの理論密度の
少なくとも91%、望ましくは94%から96%の場合
である。焼結され、気孔が閉鎖された物体は、望
ましくは1700ないし1900℃の範囲の高温で、模範
的には1/2ないし10時間、所望の25000ないし
30000psi(17.577〜21.092Kgf/mm2)の範囲の高圧
を加えることによつて、実質的に理論密度の100
%まで高密度化される。この実質的に十分高密度
化された物体は、高温および高圧環境に曝されて
いる間に本体から失われた酸素を取り戻させるた
めに、空気中でアニーリング(anneal)される。
この特別な手順によつて、実質的に100%の酸化
イツトリウムから成り、約2ないし6ミクロンの
波長範囲にわたつて70%以上の透光性を有し、か
つ少なくとも7ミクロンの波長に対して、少なく
とも60%の透光性を有する固結体が得られる。該
酸化イツトリウム体は、実質的に100%の酸化イ
ツトリウム(少なくとも99.9%の酸化イツトリウ
ム)より成る。したがつて、この酸化イツトリウ
ムは実質的に約5ミクロンを越える透光性を有す
ることにより高い熱伝導性と高い熱衝撃耐性を発
揮する。そのため、該酸化イツトリウム体が高速
ミサイルのドームとして使用された場合、それが
空力学的に加熱されることに由来するシステム・
ノイズは十分減少する。 本発明をさらに別の面から見るに、透過性酸化
イツトリウム製ドームを形成する方法は、平均粒
径が1ないし2.0μm、最大凝集粒径が10μmで、
酸化イツトリウム含有量が実質上99.99%の酸化
イツトリウム粉を用意する手順を含む。この酸化
イツトリウム粉は、ドームの形状を規定するテフ
ロンで被覆(coating)されたアルミニウム製内
型(mandrel)およびラテツクス・ラバー
(latex rubber)またはウレタン・ラバー
(urethane rubber)の膜より成るプレス用モー
ルド(賦形型;mold)を使用して冷間で等方性
静圧プレス(isostatic press)することによつ
て、所定の寸法と形状のドームに固結される。粉
末を上記モールドに入れ、モールドを等方性静圧
プレスのなかに置き、25000〜30000psi(17.577〜
21.092Kgf/mm2)の範囲の圧力で圧密する。圧密
されたドームは、理論的最大密度の約75%になる
まで、1350〜1450℃の範囲の温度で、所定時間、
焼成される。この手順は、主としてバインダービ
ヒクルと分散剤(dispersant)を除去する目的で
ふまれる。しかし、高温環境に曝されている間
に、上記により圧縮されたドームはさらに若干高
密度化する。圧縮され、高密度化されたドーム
は、次に1700〜1900℃の範囲の温度で真空炉で焼
結することにより、理論密度の約95%まで密度が
さらに高められ、あるいは気孔が閉鎖された状態
にされる。この焼結され、高密度化されたドーム
は、酸化イツトリウムの理論密度の100%に実質
的に等しい密度に達するのに十分な時間、25000
〜30000psi(17.577〜21.092Kgf/mm2)の高圧アル
ゴン・ガスおよび1700〜1900℃の範囲の高温のも
とにおかれる。この最後の高密度化の段階で、処
理物(ドーム)から酸素が失われる。この完全に
高密度化されたドームは、それに酸素を取り戻さ
せるために空気中で加熱され、透明な状態、従つ
て化学量論的組成にされる。模範的には、この加
熱は1400〜1800℃の温度範囲、望ましくは1450℃
の温度にて試料の大きさと厚さにより、最高温度
での保持時間を30〜60分として行なわれる。 (作用) 上記特別な方法により、透過性酸化イツトリウ
ムは、高い熱衝撃耐性と高い透光性(厚さ2.8ミ
リメートルの試料の場合、波長3.0ないし5.0ミク
ロンでは70%を超え、5ないし7ミクロンでは少
なくとも60%)を有するものとなり、また3ない
し5ミクロンの光学波長帯では0.1cm-1未満ぐら
いの比較的低い吸収係数を得ることができる。 (実施例) 酸化イツトリウムからなる透光性物体の製造に
ついて説明する。実質的に99.9%の純粋酸化イツ
トリウム、望ましくは99.99%のY2O3からなり、
1.0〜2.0μmの平均粒径を持ち、最大凝集粒径
10.0μmの粉末を用意する。上記の仕様の酸化イ
ツトリウム粉は、以下のようにして準備される。 酸化イツトリウム粉は、ニユーヨーク州ホワイ
ト・プレーンのユニオン・モリー社から、表面積
範囲20〜45m2/g、平均凝集粒径1〜3ミクロン
のものが入手できる。この粉末の代表例は、
99.99%の純粋な酸化イツトリウムである。この
粉末を、ポリエチレンの容器またはゴム引きの容
器に入れ、酸化ジルコニウムまたは酸化イツトリ
ウムのようなセラミツク製粉砕媒(grinding
media)を用いて、たとえば5ないし24時間ボー
ル・ミルにかけ、凝集をほぐす(de−
agglomerate)。粉砕(milling)後、泥漿
(slurry)を400メツシユのふるいで大きな凝集粒
子を除去し、平均粒径1〜2.0ミクロン、最大凝
集粒径10ミクロンの粉末を得る。この粉末は超音
波ホーン(ultrasonic horn)により噴霧乾燥
(spray dry)することにより、さらに凝集をほ
ぐすことができる。噴霧乾燥する前に、3重量%
までのポリビニールピロリドン(poly−vinyl
pyrolidone)(代表例では比率4:1のPVP40/
PVP10)のような有機性バインダービヒクル
(organic binder vehicle)を加えて凝集をほぐ
す。酢酸のような分散剤もまたこの粉末に少量加
えられる。有機性結合剤と分散剤を加えた、上記
凝集のほぐされた粉末は、泥漿を1/hrの割合
で乾燥することのできる噴霧乾燥器にかけられ
る。この噴霧乾燥法は半球ドームのような非平面
状体を製造するのに一般に用いられている。半球
ドームに用いられるような非平面状モールドにお
いては、その中で粉末の密度が均一になるよう、
自動流動性の粉末を用いるのが好都合である。 上記特定の粒径を持つ粉末が得られた時点で、
その粉末は実質的に希望する形状の粗材体
(rough body)の製造に適したプレス用モールド
に入れられる。例えば、半球ドーム用のプレス・
モールドは、ドームの凹面形成用にテフロンで被
覆されたアルミニウム製内型と、ドームの凸面を
規定するウレタン・ラバー膜を備えていてもよ
い。このモールドの上部の穴から粉末を入れ、穴
を密封し、モールドから空気を抜く。このモール
ド全体を等方性静圧プレスのなかに置き、高温で
圧縮される。模範的には約25000〜30000psi
(17.577〜21.092Kgf/mm2)の範囲の高圧が用い
られる。 モールドから粗ドーム体(rough dome)を取
り出し、炉に入れて空気中で1350〜1450℃の温度
で加熱し、モールドにあらかじめ入れてあるバイ
ンダービヒクルを焼除する。本体は時間的に90分
まで、その高温に保つ。代表例では、焼成された
物体の密度は、理論密度の約75%であり、寸法は
10〜12%ぐらい縮小している。 得られた粗ドーム体の最終的高密度化は二つの
手順により行なわれる。最初の手順では、粗ドー
ムは理論密度の約95%の密度まで高密度化される
か、あるいは約91%を越える密度を持ち、実質的
に気孔が閉鎖された状態の物体を得るよう高密度
化される。これは、該物体を1700〜1900℃の温度
範囲に設定した高真空タングステン炉に入れて行
なわれる。タングステン炉はY2O3体の汚染を減
らすために用いる。特に、黒鉛型の炉にあつて
は、Y2O3体が著しく酸素をとられたり、加炭さ
れたりする可能性がある。この種の炉(タングス
テン炉)は、従来、焼結工程で用いられてきた黒
鉛型の炉におけるように、炭素のような還元剤が
化学反応によつてY2O3を還元するのを減じるた
めに用いられる。該物体は、代表例では60分以下
の時間、高温に保たれる。該物体はY2O3製の容
器に納められている(enclosed)か、あるいはそ
れで保護されている(shielded)のが望ましい。
この焼結工程では、特に該物体が保護されていな
い場合には、その表面部分にわずかにタングステ
ンの被膜が付着する場合がある。この被膜は最終
的に高密度化するまえに、ふつうは物理的に除去
される。 この焼結体は、それが実質的に理論密度の100
%になるように1700〜1900℃の範囲の高温およ
び、25000〜30000psi(17.577〜21.092Kgf/mm2
のアルゴン・ガス圧力のもとに、5〜10時間保つ
か、あるいは実質的に理論密度の100%の密度に
達するまで保つかされる。どちらかといえば、1
回の処理時間を約5〜10時間とする限り、最高温
度で短時間、それも最小時間、加熱するのが望ま
しい。該物体をこの最終高密度化に用いられる高
温黒鉛炉に入れるときには、それをY2O3製の容
器で保護する。この高密度化処理により、ドーム
は十分高密度化され(理論密度の99.9%)、かつ
透過性のものとなる。 最終高密度化の段階で、酸素を含まない雰囲気
により材料が還元されることにより生じた、前記
工程での黒つぽい物体(dark body)は、炉のな
かで空気に触れ、酸素を取り戻し、透明(clear
transparent)になる。該物体は、1450℃から約
1800℃までの温度のもとに置かれるが、そこでの
保持時間は試料の大きさと厚さにより、30分ない
し60分とされる。この焼鈍によりドームは実質的
に透明化するので、それを通常の方法で粗研磨
(grind)および仕上研磨(polish)し、所定の表
面仕上度と許容差に仕上げる。たとえば、固定し
たダイヤモンド研磨工具によつて研磨できるし、
アルミナ粉と高速ラツピング剤によつて規定表面
仕上度に仕上げることができる。 あるいは、水蒸気と水素の雰囲気中に該物体を
置き、1400℃ないし最高約1800℃の温度範囲で、
30分間保持し、熱処理してもよい。しかし、この
方法の欠点は、H2が取り込まれ、それにより有
害な光学的吸収帯が生じる可能性のあることであ
る。 いま第1A図と同1B図に着目するに、厚さの
異なる3種類の試料につき、波長と表面反射損に
関する未補正のインライン(in−line)透過度と
の関係がグラフで示してある。表に示したもの
は、第1A図および同1B図に示した3種類の試
料および、本発明にもとづいて製造された材料の
他の試料に関する工程度数(process
parameter)である。第1A図において、曲線1
2は厚さ0.040インチ(1.02mm)曲線14は厚さ
0.250インチ(6.35mm)、そして、曲線16は厚さ
0.375インチ(9.53mm)の試料に対する曲線であ
る。これらの試料は、2.5〜6ミクロンの波長範
囲にわたり少なくとも73%、6.5ミクロンを越え
るところでは少なくとも60%の透光性を有する
(第1A図)。表面反射損に関する未補正でインラ
インの透過度の百分率は、近紫外線、可視光線お
よび赤外線について示されている。第1A図の曲
線12に対応する曲線12′(第1B図)は、1.1
〜2.6ミクロンにおいて少なくとも80%、0.6〜1.1
ミクロンにおいて少なくとも70%の透過度を示
す。もつと厚い試料も、0.6〜6.0ミクロンの赤外
線で、顕著な透過度を示す。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to optical materials, and more particularly to methods of forming optically transparent yttrium oxide bodies. BACKGROUND OF THE INVENTION As is well known, there is a need for highly durable materials that are substantially transparent in both the visible and infrared regions. Applications of such materials include metal vapor lamps, optical windows, and aircraft optical imaging.
system). Optical imagers, such as those found in infrared heat-seeking missiles, are optical imaging devices such as windows or domes mounted on the exterior of the missile.
element). These external elements are provided to isolate the other optics of the imager from the external environment in which the missile flies. Therefore, these external elements must be particularly resistant to exposure to the external environment, have sufficient strength to protect other components during operation of the imaging device, and have visible As mentioned above, it is necessary to have substantial transparency in the light and/or infrared region. Several types of materials have been cited as promising candidates for such applications. Such materials typically each have high strength and may also theoretically exhibit a relatively high degree of infrared transmission, particularly in the wavelength range of about 2 microns to 5 microns. In addition to the aforementioned optical requirements for transparency in the wavelength range of approximately 2 to 5 microns, it is desirable for certain applications that the optical element be capable of transmitting wavelengths greater than 5 microns. . For example, the dome attached to the tip of a missile built to fly at extremely high speeds for long periods of time becomes hot. If the dome is made of a material that cannot transmit long wavelengths, e.g., greater than 5 microns, harmful emissions may occur, which may cause problems in the system of the optical imager shielded by the dome.
This will increase the noise. One requirement associated with such "hot" domes is that the dome material be able to withstand the thermal stresses resulting from aerodynamic surface heating. Some techniques for making Y 2 O 3 domes include sintering Y 2 O 3 bodies to substantially full density. In such techniques, up to 10% by weight of sintering aids such as La are added to achieve high densities. The addition of such sintering aids has one drawback. Adding the sintering aid to a material such as Y 2 O 3 reduces its thermal conductivity, which in turn reduces the thermal shock resistance of the dome, ultimately making the high temperature dome more susceptible to damage. (Means for Solving the Problems) According to the present invention, a method for forming a transparent yttrium oxide body includes preparing a powder made of yttrium oxide, and consolidating the powder into a predetermined size and shape. ) consists of the following steps. The compact is densified at high temperatures. The temperature ranges from 1700°C to at least 1700°C for a time sufficient to densify the compact to at least a closed porosity state.
It is best to keep it in the range of 1900℃, 1800 to 1900℃
It is even better if it is in the range of . Exemplarily, such closed pores in the yttrium oxide body are at least 91%, preferably from 94% to 96%, of the theoretical density of the yttrium oxide. The sintered, pore-closed object is heated at a high temperature, preferably in the range of 1700 to 1900°C, typically for 1/2 to 10 hours, for a desired temperature of 25,000 to 100°C.
By applying high pressure in the range of 30,000 psi (17.577 to 21.092 Kgf/mm 2 ), it is possible to substantially
densified to %. This substantially fully densified body is annealed in air to regain oxygen lost from the body during exposure to the high temperature and pressure environment.
This special procedure ensures that the material is essentially 100% yttrium oxide, has a translucency of more than 70% over a wavelength range of about 2 to 6 microns, and has a wavelength of at least 7 microns. , a solid body with a translucency of at least 60% is obtained. The yttrium oxide body consists of substantially 100% yttrium oxide (at least 99.9% yttrium oxide). Therefore, this yttrium oxide exhibits high thermal conductivity and high thermal shock resistance by substantially transmitting light exceeding about 5 microns. Therefore, if the yttrium oxide body is used as a dome for a high-speed missile, the system will
Noise is sufficiently reduced. Looking at the present invention from another aspect, the method for forming a dome made of permeable yttrium oxide has an average particle size of 1 to 2.0 μm, a maximum agglomerated particle size of 10 μm,
The method includes providing a yttrium oxide powder having a yttrium oxide content of substantially 99.99%. The yttrium oxide powder is used in a press mold consisting of an aluminum mandrel coated with Teflon and a membrane of latex rubber or urethane rubber, which defines the shape of the dome. It is consolidated into a dome of predetermined size and shape by cold isostatic pressing using a mold. Powder is placed in the above mold, the mold is placed in an isostatic pressure press, and the pressure is set at 25000~30000psi (17.577~
Consolidate at a pressure in the range of 21.092 Kgf/mm 2 ). The consolidated dome is heated at a temperature ranging from 1350 to 1450 °C for a specified period of time until it reaches approximately 75% of its theoretical maximum density.
Fired. This procedure is primarily used to remove the binder vehicle and dispersant. However, while exposed to a high temperature environment, the compressed dome becomes slightly more dense. The compressed and densified dome was then further densified or pore-closed to approximately 95% of its theoretical density by sintering in a vacuum furnace at temperatures ranging from 1700 to 1900 °C. be put into a state. This sintered, densified dome was heated for 25,000 hours, sufficient to reach a density substantially equal to 100% of the theoretical density of yttrium oxide.
It is subjected to high pressure argon gas of ~30000 psi (17.577-21.092 Kgf/mm 2 ) and high temperature in the range of 1700-1900°C. During this final densification step, oxygen is lost from the workpiece (dome). This fully densified dome is heated in air to restore oxygen to it, rendering it transparent and thus stoichiometric. Exemplary, this heating is in the temperature range 1400-1800°C, preferably 1450°C
The holding time at the maximum temperature is 30 to 60 minutes depending on the size and thickness of the sample. (Function) Through the above special method, transparent yttrium oxide has high thermal shock resistance and high light transmittance (for a sample with a thickness of 2.8 mm, it exceeds 70% at wavelengths of 3.0 to 5.0 microns, and at wavelengths of 5 to 7 microns). 60%), and a relatively low absorption coefficient of less than 0.1 cm -1 can be obtained in the optical wavelength band of 3 to 5 microns. (Example) The production of a translucent object made of yttrium oxide will be described. consisting essentially of 99.9% pure yttrium oxide, preferably 99.99 % Y2O3 ;
It has an average particle size of 1.0~2.0μm, and the maximum agglomerated particle size
Prepare 10.0 μm powder. Yttrium oxide powder having the above specifications is prepared as follows. Yttrium oxide powder is available from Union Moly Co., White Plains, New York, in a surface area range of 20-45 m 2 /g and an average aggregate particle size of 1-3 microns. A typical example of this powder is
It is 99.99% pure yttrium oxide. This powder is placed in a polyethylene container or a rubberized container using a ceramic grinding medium such as zirconium oxide or yttrium oxide.
For example, ball mill for 5 to 24 hours using de-agglomerated media.
agglomerate). After milling, the slurry is passed through a 400 mesh sieve to remove large agglomerated particles to obtain a powder with an average particle size of 1-2.0 microns and a maximum agglomerated particle size of 10 microns. The powder can be further deagglomerated by spray drying with an ultrasonic horn. 3% by weight before spray drying
polyvinyl pyrrolidone (poly-vinyl pyrrolidone)
pyrolidone) (in a typical example, a ratio of 4:1 PVP40/
Add an organic binder vehicle such as PVP10 to loosen agglomerations. A small amount of a dispersing agent such as acetic acid is also added to the powder. The deagglomerated powder, with the addition of organic binder and dispersant, is applied to a spray dryer capable of drying the slurry at a rate of 1/hr. This spray drying method is commonly used to produce non-planar objects such as hemispherical domes. In non-planar molds such as those used for hemispherical domes, it is necessary to
It is advantageous to use self-flowing powders. Once the powder with the above specific particle size is obtained,
The powder is placed in a press mold suitable for producing a rough body of substantially the desired shape. For example, a press for a hemispherical dome.
The mold may include a Teflon-coated aluminum inner mold to form the concave surface of the dome and a urethane rubber membrane to define the convex surface of the dome. Powder is poured into the mold through the hole at the top, the hole is sealed, and air is removed from the mold. The entire mold is placed in an isostatic press and compressed at high temperature. Typically around 25000-30000psi
High pressures in the range (17.577-21.092 Kgf/mm 2 ) are used. The rough dome is removed from the mold and heated in air at a temperature of 1350-1450°C to burn out the binder vehicle previously placed in the mold. The body is kept at that high temperature for up to 90 minutes in time. In a typical example, the density of the fired object is approximately 75% of the theoretical density, and the dimensions are
It has shrunk by about 10-12%. The final densification of the resulting coarse dome is carried out in two steps. In a first step, the coarse dome is densified to a density of about 95% of its theoretical density, or densified to obtain a body with a density greater than about 91% and with substantially closed pores. be converted into This is done by placing the object in a high vacuum tungsten furnace set at a temperature range of 1700-1900°C. Tungsten furnaces are used to reduce contamination of Y 2 O 3 bodies. In particular, in the case of a graphite type furnace, there is a possibility that the Y 2 O 3 body is significantly deprived of oxygen or carburized. This type of furnace (tungsten furnace) uses a reducing agent such as carbon to reduce the reduction of Y 2 O 3 by a chemical reaction, as in the graphite type furnaces traditionally used in the sintering process. used for The object is typically maintained at an elevated temperature for a period of up to 60 minutes. Preferably, the object is enclosed or shielded in a container made of Y 2 O 3 .
During this sintering process, a slight coating of tungsten may be deposited on the surface of the object, especially if the object is unprotected. This coating is usually physically removed before final densification. This sintered body has a theoretical density of 100%
% in the range of 1700~1900℃ and 25000~30000psi (17.577~21.092Kgf/ mm2 )
argon gas pressure for 5 to 10 hours, or until a density of substantially 100% of the theoretical density is reached. If anything, 1
It is desirable to heat at the highest temperature for a short time, but for a minimum time, so long as the treatment time is about 5 to 10 hours. When the object is placed in the high temperature graphite furnace used for this final densification, it is protected by a container made of Y 2 O 3 . This densification process makes the dome sufficiently dense (99.9% of theoretical density) and transparent. During the final densification stage, the dark bodies produced in the process due to the reduction of the material by an oxygen-free atmosphere are exposed to air in the furnace and regain oxygen. transparent
transparent). The object is heated from 1450℃ to approx.
It is exposed to temperatures of up to 1800°C, with holding times ranging from 30 to 60 minutes, depending on the size and thickness of the sample. This annealing renders the dome substantially transparent and it is then conventionally ground and polished to the desired surface finish and tolerances. For example, it can be polished by a fixed diamond polishing tool,
A specified surface finish can be achieved using alumina powder and high-speed lapping agents. Alternatively, the object is placed in an atmosphere of water vapor and hydrogen at a temperature ranging from 1400°C to a maximum of about 1800°C.
It may be held for 30 minutes and heat treated. However, a drawback of this method is that H 2 may be incorporated, thereby creating harmful optical absorption bands. 1A and 1B, the relationship between wavelength and uncorrected in-line transmittance with respect to surface reflection loss is graphically shown for three types of samples having different thicknesses. The process frequencies for the three samples shown in Figures 1A and 1B and other samples of materials produced in accordance with the present invention are shown in the table.
parameter). In Figure 1A, curve 1
2 is thickness 0.040 inch (1.02mm) curve 14 is thickness
0.250 inch (6.35mm) and curve 16 is the thickness
The curve is for a 0.375 inch (9.53 mm) sample. These samples have a light transmission of at least 73% over the wavelength range of 2.5 to 6 microns and at least 60% above 6.5 microns (Figure 1A). Uncorrected in-line transmission percentages for surface reflection losses are shown for near UV, visible and infrared light. Curve 12' (Fig. 1B) corresponding to curve 12 of Fig. 1A is 1.1
At least 80% at ~2.6 microns, 0.6 to 1.1
Shows a transmission of at least 70% in the micron. Even the thickest samples show significant infrared transmission from 0.6 to 6.0 microns.

【表】【table】

【表】 本発明にもとづいて製造される酸化イツトリウ
ムのドーム体は、実質的に純粋、すなわち実質的
に99.9%の酸化イツトリウムからなるため、高い
熱伝導性およびそれに伴う性質を示す。またそれ
はドーパント(dopant;微量添加剤)を加えた
ものに比べて、高い熱衝撃耐性を示す。本発明に
もとづいて製造されたY2O3の試料につき測定さ
れた、温度と熱伝導度との関係を第2図に示す。 (発明の効果) 本発明では、焼結は気孔が閉鎖された状態(理
論密度の約91%から96%の間)を得るためにのみ
行なわれる。したがつて、完全に緻密な焼結体を
得るために用いられる従来法で要求されるよりも
低い温度、短かい時間で処理されるため、完全焼
結体を造るときに必要な微量添加剤を必要としな
い。焼結工程でW(タングステン)製発熱体
(heating element)を使用するのは、微量添加
剤を何ら使用しないで、材料を気孔が閉鎖された
状態に焼結するために有利であると考えられる。
さらに、タングステン炉の使用は、黒鉛製発熱体
使用時にみられるような炭素還元によるY2O3
の悪影響防止に有益である。また、本技術にした
がつて製造される酸化イツトリウム体において
は、その高密度化は、かなり低目の温度で行なわ
れ、また材料の劣化を促進し、粒子の成長を促す
と考えられている環境に曝される時間を短くして
行なわれる。本発明にしたがつて作られる材料の
平均粒径は、一般に、約150ミクロンである。 本発明にしたがつて作られる材料につき計算さ
れた吸収係数は、およそ0.1cm-1未満である。こ
の値は、第1A図の曲線12および16のデー
タ、ならびに下記の数式を用い、波長4ミクロン
の場合につき計算したものである。 β=ln(T2/T1)/t2−t1 ただし、T2とT1は透過度をパーセントで表し
たもの、t2とt1は厚さ(cm)である。 本発明の望ましい実施態様について説明した
が、当該技術分野の専門家であれば、それらの概
念を含んだ別の態様を実施し得るのは自明のこと
である。したがつて、これらの実施態様は開示さ
れたもののみに限定されるべきではなく、添付さ
れる特許請求の範囲の精神と範囲によつてのみ限
定されるべきであることが理解されよう。 本発明の実施態様は以下の通りである。 1 理論密度の少なくとも99%の密度を有する酸
化イツトリウムを少なくとも99.9%含む物体で
あつて、該物体の試料が厚さ0.375インチ
(9.53mm)のとき2〜5ミクロンの波長範囲に
わたつて少なくとも73%のインライン透過度を
有し、該物体の平均粒径が約150ミクロン未満
であり、該物体の波長4ミクロンにおける吸収
係数が約0.1cm-1未満であることを特徴とする
上記物体。 2 約150ミクロンの平均粒径及び理論密度の少
なくとも99%の密度を有する純度約99.9%の酸
化イツトリウムを含む物体であつて、該物体の
試料が厚さ0.040インチ(1.02mm)のとき3〜
5ミクロンの波長範囲にわたつて少なくとも80
%のインライン透過度を有し、該物体の波長4
ミクロンにおける吸収係数が約0.1cm-1未満で
あることを特徴とする上記物体。 3 3〜7ミクロンの波長範囲にわたつて少なく
とも76%のインライン透過度を有する上記第2
項に記載の物体。 4 約150ミクロンの平均粒径、0℃にて少なく
とも15W/M−〓、0〜300℃にて少なくとも
7W/M−〓の熱伝導率、及び理論密度の少な
くとも99.9%の密度を有する純度が少なくとも
99.9%の多結晶酸化イツトリウムから実質的に
なる物体であつて、該物体の試料が厚さ0.04イ
ンチ(1.02mm)のときに少なくとも2.5〜6.8ミ
クロンの波長範囲にわたつて少なくとも80%の
インライン透過度を有することを特徴とする上
記物体。 5 4.0ミクロンの波長において少なくとも約0.1
cm-1の吸収係数を有する上記第4項に記載の物
体。 6 少なくとも99.9%の酸化イツトリウムを含む
物体を製造する方法であつて、 少なくとも99.9%の酸化イツトリウムを含む
原料粉末を調製し; 該酸化イツトリウム粉末を圧縮して少なくと
も99.9%の酸化イツトリウムを含む物体を成形
し; かかる圧縮された少なくとも99.9%の酸化イ
ツトリウムを含む物体を昇温下で焼結して気孔
が閉鎖された状態(closed porocity state)
の物体を調製し; 物体を昇温下、昇圧下で、理論密度の実質的
に100%の密度にするのに十分な時間加熱する
ことによつて、少なくとも99.9%の酸化イツト
リウムの気孔が閉鎖された状態の物体を高密度
化し; 物体を空気を含む雰囲気中で加熱することに
より、理論密度の実質的に100%の密度を有す
る物体をアニーリングして、物体を酸化し、そ
れによつて物質の表面に化学量論的な組成を取
り戻させる; 工程を含むことを特徴とする上記方法。 7 原料粉末が約1.0〜2.0ミクロンの平均粒径を
有する上記第6項に記載の方法。 8 焼結工程が高真空のタングステン発熱体炉の
中で行われる上記第7項に記載の方法。 9 高密度化工程が、1700〜1900℃の温度、
25000〜30000psiの昇圧下で行われる上記第6
項に記載の方法。 10 焼結工程の温度が1700〜1900℃である上記第
9項に記載の方法。 11 焼結工程の温度が1800〜1900℃である上記第
10項に記載の方法。 12 アニーリング工程が約1450℃の温度で行われ
る上記第6項に記載の方法。 13 少なくとも99.9%の酸化イツトリウムを含む
物体を製造する方法であつて、 1〜2.0ミクロンの平均粒径を有し、10ミク
ロンの最大凝集粒径(agglomerated particle
size)を有する、少なくとも99.9%の酸化イツ
トリウムを含む粉末を調製し; 該粉末を固結(consolidate)して、論理密
度の約75%の密度を有する実質的に少なくとも
99.9%の酸化イツトリウムを含む物体を調製
し; この75%の密度の物体を、減圧下、1700〜
1900℃の温度で、最高温度での保持時間を約30
分として、高密度化して気孔が閉鎖された状態
の物体とし; 物体を、25000〜30000psiのアルゴンガス圧
力下において1700〜1900℃の温度にかけて、こ
の気孔が閉鎖された状態の物体を実質的に理論
密度の100%の密度に高密度化し; 該物体を、空気雰囲気中、1400〜1800℃の温
度で、昇温下での保持時間を30〜60分としてア
ニーリングする; 工程を含むことを特徴とする上記方法。 14 焼結工程が高真空タングステン発熱体炉の中
で行われる上記第13項に記載の方法。 15 アニーリング工程が約1450℃の温度で行われ
る上記第14項に記載の方法。 16 約0.04インチ(1.02mm)の厚さを有する試料
では2.5〜6.8ミクロンの波長範囲にわたつて少
なくとも80%のインライン透過度を有する少な
くとも99.9%の酸化イツトリウムを含む非平面
物体の製造方法であつて、 1〜2.0ミクロンの平均粒径を有し、10ミク
ロンの最大凝集粒径を有する酸化イツトリウム
粉末を調製し; 該粉末にバインダービヒクル及び分散剤を加
え、該粉末を噴霧乾燥して、自由に流動する粉
末を調製し; この自由に流動する粉末を非平面モールドに
入れて、該粉末を該非平面モールド中で25000
〜30000psiの等方性静圧にかけ; 粉末を、空気雰囲気中において所定時間1350
〜1450℃の温度にかけてバインダービヒクルを
除去し; 該粉末を、減圧下、1700〜1900℃の温度で、
最高温度での保持時間を30分未満として、気孔
が閉鎖された状態に高密度化し; 得られた物体を、25000〜30000psiのアルゴ
ン圧力下で、実質的に理論密度の100%の密度
となるまで、1700〜1900℃の温度にかけること
によつて、かかる気孔が閉鎖された状態の物体
を実質的に理論密度の100%の密度に高密度化
し; 該物体を、水素及び水蒸気を含む雰囲気中に
おいて1700〜1900℃の温度で、昇温下での保持
時間を30〜60分としてアニーリングする; 工程を含むことを特徴とする上記方法。 17 非平面体が半球ドームである上記第16項に記
載の方法。 18 除去工程を、物体が理論密度の約75%の密度
を有するようになるまでの間行う上記第17項に
記載の方法。 19 酸化イツトリウムが、0℃で少なくとも
15W/M−〓、0〜300℃で少なくとも7W/M
−〓の熱伝導率を有するものである上記第1項
に記載の物体。 20 酸化イツトリウムが、0℃で少なくとも
15W/M−〓、0〜300℃で少なくとも7W/M
−〓の熱伝導率を有するものである上記第2項
に記載の物体。
The yttrium oxide dome produced in accordance with the present invention is substantially pure, ie, essentially 99.9% yttrium oxide, and thus exhibits high thermal conductivity and associated properties. It also exhibits increased thermal shock resistance compared to dopant-added materials. FIG. 2 shows the relationship between temperature and thermal conductivity measured for a sample of Y 2 O 3 produced according to the present invention. (Effects of the Invention) In the present invention, sintering is performed only to obtain a closed pore state (between about 91% and 96% of the theoretical density). Therefore, since the process is performed at a lower temperature and in a shorter time than required by the conventional method used to obtain a completely dense sintered body, trace additives are required when making a completely dense sintered body. does not require. The use of a W (tungsten) heating element in the sintering process is considered advantageous in order to sinter the material to a closed pore state without using any trace additives. .
Additionally, the use of a tungsten furnace is beneficial in preventing the negative effects of carbon reduction on Y 2 O 3 that occur when graphite heating elements are used. Furthermore, in the yttrium oxide bodies produced according to this technology, the densification is carried out at a fairly low temperature, which is thought to accelerate material deterioration and particle growth. This is done by shortening the time of exposure to the environment. The average particle size of materials made in accordance with the present invention is generally about 150 microns. The absorption coefficient calculated for materials made according to the invention is approximately less than 0.1 cm -1 . This value was calculated for a wavelength of 4 microns using the data for curves 12 and 16 in Figure 1A and the formula below. β=ln(T 2 /T 1 )/t 2 −t 1 where T 2 and T 1 are the transmittance expressed in percent, and t 2 and t 1 are the thickness (cm). Although preferred embodiments of the invention have been described, it will be obvious to those skilled in the art that other embodiments incorporating these concepts may be practiced. It is therefore to be understood that these embodiments should not be limited to what is disclosed, but rather should be limited only by the spirit and scope of the appended claims. Embodiments of the invention are as follows. 1. An object containing at least 99.9% yttrium oxide having a density of at least 99% of the theoretical density, over a wavelength range of 2 to 5 microns when a sample of the object is 0.375 inches (9.53 mm) thick. %, the object has an average particle size of less than about 150 microns, and the object has an absorption coefficient of less than about 0.1 cm -1 at a wavelength of 4 microns. 2. An object containing about 99.9% pure yttrium oxide having an average particle size of about 150 microns and a density of at least 99% of the theoretical density, when a sample of the object is 0.040 inches (1.02 mm) thick.
at least 80 over a wavelength range of 5 microns
% in-line transmission, and the wavelength of the object is 4
The above object characterized in that the absorption coefficient in microns is less than about 0.1 cm -1 . 3. Said second having an in-line transmission of at least 76% over the wavelength range of 3 to 7 microns.
Objects mentioned in section. 4 Average particle size of about 150 microns, at least 15 W/M-〓 at 0℃, at least 15W/M-〓 from 0 to 300℃
Thermal conductivity of 7W/M−〓 and a purity of at least 99.9% of the theoretical density
An object consisting essentially of 99.9% polycrystalline yttrium oxide having an in-line transmission of at least 80% over a wavelength range of at least 2.5 to 6.8 microns when a sample of the object is 0.04 inches (1.02 mm) thick. The above-mentioned object is characterized by having a degree. 5 At least about 0.1 at a wavelength of 4.0 microns
Object according to paragraph 4 above, having an absorption coefficient of cm -1 . 6. A method for producing an object containing at least 99.9% yttrium oxide, the method comprising: preparing a raw material powder containing at least 99.9% yttrium oxide; compressing the yttrium oxide powder to produce an object containing at least 99.9% yttrium oxide; shaping; sintering the compacted object containing at least 99.9% yttrium oxide at elevated temperature to a closed porosity state;
preparing a body; at least 99.9% of the yttrium oxide pores are closed by heating the body at elevated temperature and pressure for a period sufficient to achieve a density of substantially 100% of the theoretical density; annealing an object having a density of substantially 100% of its theoretical density by heating the object in an atmosphere containing air to oxidize the object, thereby restoring a stoichiometric composition to the surface of the above method. 7. The method of item 6 above, wherein the raw powder has an average particle size of about 1.0 to 2.0 microns. 8. The method according to item 7 above, wherein the sintering step is performed in a high vacuum tungsten heating element furnace. 9 The densification process is performed at a temperature of 1700 to 1900°C,
The sixth step is carried out under increased pressure of 25,000 to 30,000 psi.
The method described in section. 10. The method according to item 9 above, wherein the temperature of the sintering step is 1700 to 1900°C. 11 The temperature of the sintering process is 1800 to 1900℃.
The method described in Section 10. 12. The method of paragraph 6 above, wherein the annealing step is performed at a temperature of about 1450°C. 13 A method for producing an object containing at least 99.9% yttrium oxide, having an average particle size of 1 to 2.0 microns and a maximum agglomerated particle size of 10 microns.
preparing a powder comprising at least 99.9% yttrium oxide, having a density of about 75% of the theoretical density;
A body containing 99.9% yttrium oxide is prepared; this 75% density body is heated under reduced pressure to
At a temperature of 1900℃, the holding time at maximum temperature is approximately 30
as a densified object with closed pores; the object is subjected to a temperature of 1700 to 1900°C under an argon gas pressure of 25,000 to 30,000 psi to substantially densify the object with closed pores. densifying the object to a density of 100% of the theoretical density; annealing the object in an air atmosphere at a temperature of 1400 to 1800°C for a holding time of 30 to 60 minutes at an elevated temperature; The above method. 14. The method of item 13 above, wherein the sintering step is performed in a high vacuum tungsten heating element furnace. 15. The method of paragraph 14 above, wherein the annealing step is performed at a temperature of about 1450°C. 16 A method for producing a non-planar object comprising at least 99.9% yttrium oxide having an in-line transmission of at least 80% over a wavelength range of 2.5 to 6.8 microns for a sample having a thickness of about 0.04 inches (1.02 mm), to prepare a yttrium oxide powder having an average particle size of 1 to 2.0 microns and a maximum agglomerated particle size of 10 microns; add a binder vehicle and a dispersant to the powder and spray dry the powder to form a free prepare a free-flowing powder; place the free-flowing powder in a non-planar mold;
Subjecting the powder to an isotropic static pressure of ~30,000 psi;
removing the binder vehicle at a temperature of ~1450<0>C;
The material is densified to a closed pore state using a holding time of less than 30 minutes at the maximum temperature; the resulting material is densified to a density of essentially 100% of the theoretical density under an argon pressure of 25,000 to 30,000 psi. densify the object with closed pores to a density of substantially 100% of the theoretical density by subjecting the object to a temperature of 1700 to 1900°C until The above method, characterized in that it includes the step of: annealing at a temperature of 1700 to 1900° C. for a holding time of 30 to 60 minutes at an elevated temperature. 17. The method according to item 16 above, wherein the non-planar body is a hemispherical dome. 18. The method of item 17 above, wherein the removing step is carried out until the object has a density of about 75% of the theoretical density. 19 Yttrium oxide is at least
15W/M-〓, at least 7W/M at 0-300℃
The object according to item 1 above, which has a thermal conductivity of -〓. 20 Yttrium oxide is at least
15W/M-〓, at least 7W/M at 0-300℃
The object according to item 2 above, which has a thermal conductivity of -〓.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1A図と1B図は、本発明にもとづいて製造
された酸化イツトリウムの試料につき、パーセン
ト・インライン(percent in−line)光学透過度
を可視光線(第1B図)ならびに赤外線(第1A
図)波長領域にわたつて、波長の関数として示し
たグラフである。第2図は、本発明の技法に従つ
て製造されたY2O3につき、温度と熱伝導性との
関係を示すグラフである。
Figures 1A and 1B show percent in-line optical transmittance in the visible (Figure 1B) and infrared (Figure 1A) samples of yttrium oxide prepared in accordance with the present invention.
Figure) is a graph shown as a function of wavelength over the wavelength range. FIG. 2 is a graph showing the relationship between temperature and thermal conductivity for Y 2 O 3 produced according to the techniques of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 理論密度の少なくとも99%の密度を有する酸
化イツトリウムを少なくとも99.9%含む物体であ
つて、該物体の試料が厚さ0.375インチ(9.53mm)
のとき2〜5ミクロンの波長範囲にわたつて少な
くとも73%のインライン透過度を有し、該物体の
平均粒径が約150ミクロン未満であり、該物体の
波長4ミクロンにおける吸収係数が約0.1cm-1
満であることを特徴とする上記物体。 2 約150ミクロンの平均粒径及び理論密度の少
なくとも99%の密度を有する純度約99.99%の酸
化イツトリウムを含む物体であつて、該物体の試
料が厚さ0.040インチ(1.02mm)のとき3〜5ミ
クロンの波長範囲にわたつて少なくとも80%のイ
ンライン透過度を有し、該物体の波長4ミクロン
における吸収係数が約0.1cm-1未満であることを
特徴とする上記物体。 3 約150ミクロンの平均粒径、0℃にて少なく
とも15W/M−〓、0〜300℃にて少なくとも
7W/M−〓の熱伝導率、及び理論密度の少なく
とも99.9%の密度を有する純度が少なくとも99.9
%の多結晶酸化イツトリウムから実質的になる物
体であつて、該物体の試料が厚さ0.04インチ
(1.02mm)のときに少なくとも2.5〜6.8ミクロンの
波長範囲にわたつて少なくとも80%のインライン
透過度を有することを特徴とする上記物体。 4 少なくとも99.9%の酸化イツトリウムを含む
物体を製造する方法であつて、 少なくとも99.9%の酸化イツトリウムを含む原
料粉末を調製し; 該酸化イツトリウム粉末を圧縮して少なくとも
99.9%の酸化イツトリウムを含む物体を成形し; かかる圧縮された少なくとも99.9%の酸化イツ
トリウムを含む物体を昇温下で焼結して気孔が閉
鎖された状態(closed porocity state)の物体
を調製し; 物体を昇温下、昇圧下で、理論密度の実質的に
100%の密度にするのに十分な時間加熱すること
によつて、少なくとも99.9%の酸化イツトリウム
の気孔が閉鎖された状態の物体を高密度化し; 物体を空気を含む雰囲気中で加熱することによ
り、理論密度の実質的に100%の密度を有する物
体をアニーリングして、物体を酸化し、それによ
つて物質の表面に化学量論的な組成を取り戻させ
る; 工程を含むことを特徴とする上記方法。 5 少なくとも99.9%の酸化イツトリウムを含む
物体を製造する方法であつて、 1〜2.0ミクロンの平均粒径を有し、10ミクロ
ンの最大凝集粒径(agglomerated particle
size)を有する、少なくとも99.9%の酸化イツト
リウムを含む粉末を調製し; 該粉末を固結(consolidate)して、理論密度
の約75%の密度を有する実質的に少なくとも99.9
%の酸化イツトリウムを含む物体を調製し; この75%の密度の物体を、減圧下、1700〜1900
℃の温度で、最高温度での保持時間を約30分とし
て、高密度化して気孔が閉鎖された状態の物体と
し; 物体を、25000〜30000psiのアルゴンガス圧力
下において1700〜1900℃の温度にかけて、この気
孔が閉鎖された状態の物体を実質的に理論密度の
100%の密度に高密度化し; 該物体を、空気雰囲気中、1400〜1800℃の温度
で、昇温下での保持時間を30〜60分としてアニー
リングする; 工程を含むことを特徴とする上記方法。 6 約0.04インチ(1.02mm)の厚さを有する試料
では2.5〜6.8ミクロンの波長範囲にわたつて少な
くとも80%のインライン透過度を有する少なくと
も99.9%の酸化イツトリウムを含む非平面物体の
製造方法であつて、 1〜2.0ミクロンの平均粒径を有し、10ミクロ
ンの最大凝集粒径を有する酸化イツトリウム粉末
を調製し; 該粉末にバインダービヒクル及び分散剤を加
え、該粉末を噴霧乾燥して、自由に流動する粉末
を調製し; この自由に流動する粉末を非平面モールドに入
れて、該粉末を該非平面モールド中で25000〜
30000psiの等方性静圧にかけ; 粉末を、空気雰囲気中において所定時間1350〜
1450℃の温度にかけてバインダービヒクルを除去
し; 該粉末を、減圧下、1700〜1900℃の温度で、最
高温度での保持時間を30分未満として、気孔が閉
鎖された状態に高密度化し; 得られた物体を、25000〜30000psiのアルゴン
圧力下で、実質的に理論密度の100%の密度とな
るまで、1700〜1900℃の温度にかけることによつ
て、かかる気孔が閉鎖された状態の物体を実質的
に理論密度の100%の密度に高密度化し; 該物体を、水素及び水蒸気を含む雰囲気中にお
いて1700〜1900℃の温度で、昇温下での保持時間
を30〜60分としてアニーリングする; 工程を含むことを特徴とする上記方法。
[Scope of Claims] 1. An object comprising at least 99.9% yttrium oxide having a density of at least 99% of the theoretical density, wherein a sample of the object has a thickness of 0.375 inches (9.53 mm).
has an in-line transmission of at least 73% over a wavelength range of 2 to 5 microns when the object has an average particle size of less than about 150 microns and the absorption coefficient at a wavelength of 4 microns is about 0.1 cm. The above-mentioned object characterized by being less than -1 . 2. An object containing about 99.99% pure yttrium oxide having an average particle size of about 150 microns and a density of at least 99% of the theoretical density, when a sample of the object is 0.040 inches (1.02 mm) thick. An object as described above having an in-line transmission of at least 80% over a wavelength range of 5 microns, wherein the object has an absorption coefficient of less than about 0.1 cm -1 at a wavelength of 4 microns. 3 Average particle size of about 150 microns, at least 15 W/M-〓 at 0℃, at least 15W/M-〓 from 0 to 300℃
A purity of at least 99.9 with a thermal conductivity of 7 W/M-〓 and a density of at least 99.9% of the theoretical density
% polycrystalline yttrium oxide having an in-line transmission of at least 80% over a wavelength range of at least 2.5 to 6.8 microns when a sample of the object is 0.04 inches (1.02 mm) thick. The above-mentioned object is characterized by having the following. 4. A method for producing an object containing at least 99.9% yttrium oxide, the method comprising: preparing a raw material powder containing at least 99.9% yttrium oxide;
forming an object containing 99.9% yttrium oxide; sintering the compacted object containing at least 99.9% yttrium oxide at elevated temperature to prepare an object in a closed porocity state; ; At elevated temperature and pressure, an object is reduced to substantially its theoretical density.
Densify an object with at least 99.9% pores of yttrium oxide closed by heating for a period sufficient to achieve 100% density; by heating the object in an atmosphere containing air. , annealing the object having a density substantially 100% of the theoretical density to oxidize the object, thereby restoring stoichiometric composition to the surface of the material; Method. 5. A method for producing an object containing at least 99.9% yttrium oxide, having an average particle size of 1 to 2.0 microns and a maximum agglomerated particle size of 10 microns.
preparing a powder comprising at least 99.9% yttrium oxide, having a density of about 75% of the theoretical density;
% of yttrium oxide; this 75% density object was heated under reduced pressure to
The object is densified and has closed pores at a temperature of 1700-1900°C under an argon gas pressure of 25,000-30,000 psi with a holding time at the maximum temperature of about 30 minutes. , the object with its pores closed has practically the theoretical density.
densifying the object to 100% density; annealing the object in an air atmosphere at a temperature of 1400 to 1800°C for a holding time of 30 to 60 minutes at an elevated temperature; Method. 6. A method for producing a non-planar object comprising at least 99.9% yttrium oxide having an in-line transmission of at least 80% over a wavelength range of 2.5 to 6.8 microns for a sample having a thickness of about 0.04 inches (1.02 mm), to prepare a yttrium oxide powder having an average particle size of 1 to 2.0 microns and a maximum agglomerated particle size of 10 microns; add a binder vehicle and a dispersant to the powder and spray dry the powder to form a free prepare a free-flowing powder; place the free-flowing powder in a non-planar mold;
Subjecting the powder to an isotropic static pressure of 30,000 psi;
removing the binder vehicle at a temperature of 1450°C; densifying the powder to a closed pore state under reduced pressure at a temperature of 1700-1900°C with a holding time at maximum temperature of less than 30 minutes; The pores of the object are closed by subjecting the object to a temperature of 1700 to 1900° C. under an argon pressure of 25,000 to 30,000 psi and to a density of substantially 100% of the theoretical density. densify the object to a density of substantially 100% of its theoretical density; annealing the object at a temperature of 1700 to 1900°C in an atmosphere containing hydrogen and water vapor with a holding time of 30 to 60 minutes at elevated temperature; The method described above, comprising the steps of;
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